用于高速切削镍基高温合金的陶瓷刀具研制及其性能研究
发布时间：2021-11-21 15:33
镍基高温合金的难加工性主要表现为刀具磨损严重,本文针对高速切削镍基高温合金时刀具磨损特点,从提高刀具抗磨损性能的角度出发,研究了刀具失效寿命与刀具材料性能之间的关系,建立了陶瓷刀具材料力学性能预测模型,研制了具有良好切削性能的新型陶瓷刀具,该刀具能够较好地高速干切削镍基高温合金GH4169。建立了陶瓷刀具破损寿命、磨损寿命与材料性能之间的关系模型,提出了用于高速切削镍基高温合金的陶瓷刀具材料性能的设计目标。结果表明,与断裂韧度相比,陶瓷刀具材料抗弯强度对刀具破损寿命的影响更显著;硬度对陶瓷刀具后刀面磨损寿命的影响大于断裂韧度;陶瓷刀具材料的断裂韧度对边界沟槽磨损寿命的影响大于硬度;陶瓷刀具材料晶界处的残余压应力场和晶粒细化效应能提高陶瓷刀具的抗磨损性能。建立了陶瓷刀具材料断裂韧度、硬度和纳米颗粒最优含量的预测模型,分析了抗热震性能;设计了陶瓷刀具材料的组分及其含量。预测了晶须增韧陶瓷刀具材料的断裂韧度,确定了 SiC晶须的含量为20 vol%。分别基于残余热应力和渗流集群理论,建立了纳米颗粒的最优含量计算方程,确定了纳米TiCn颗粒的最佳含量为4vol%。建立了复合陶瓷刀具材料的硬度预...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１不同工件材料大致的高速切削速度范围Ｐ］??°
〇＾［６００，９００］?（ＭＰａ）；?裂纹缓慢扩展指数《取值恒定应力％取??值５５０ＭＰａ。图２－２是采用ＭＡＴＬＡＢ软件作图，获得的陶瓷刀具破损寿命随抗弯强??度和断裂韧度的变化情况。??６?＇，?－９００?ＭＰａ?Ａ?丨?６」匕”：??１?＾?＿９＿００＿??Ｖ，?（ＭＰａ）??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图２－２陶瓷刀具破损寿命随抗弯强度和断裂韧度的变化情况??从图２－２?（ａ）中可以看出，对于给定应力ｔｒａ?＝?５５０ＭＰａ，当刀具材料的抗弯强度??为６００?ＭＰａ，即与给定应力接近时，随着刀具材料断裂韧度的增加，刀具的破损寿??１３??
Ｔｆ＝?－?ｌｃ?，?．?（２－１１）??ｆ?（ｎ－２）ＡＷＷａ??结合图２－２?（ｃ），当陶瓷刀具材料的断裂韧度ＣＳＴＩＣ＝４ＭＰａ＿ｍ１／２）?—定时，随着??抗弯强度的提高，即比例因子Ｆ的增加，刀具的破损寿命提高；且随着刀具材料断??裂初度的提高ＣＫｉｃ＝ｌ〇ＭＰａＴｎ１／２），刀具的破损寿命受抗弯强度的影响越显著。??总之，与断裂韧度相比，陶瓷刀具材料抗弯强度对破损寿命的影响更加显著。??在一定恒定应力下，当陶瓷刀具材料的抗弯强度与恒定应力的比例接近时，提高刀??具材料的断裂軔度并不能明显提高陶瓷刀具的破损寿命。因此，为了提高陶瓷刀具??的破损寿命，应首先提高刀具材料的抗弯强度，即比例因子ｈ然后，通过提高材料??的断裂韧度来进一步提高陶瓷刀具材料的破损寿命。??２．２陶瓷刀具磨损寿命与刀具材料性能的关系??２．２．１陶ｆｔ刀具切削离溫合金时的后刀面磨损分析??２．２．１．１陶瓷刀具切削髙温合金时的磨粒磨损分析??许多学者对陶瓷刀具材料摩擦过程中的磨损机制进行了研宄，研究发现，磨粒??磨损机制和陶瓷刀具材料的断裂韧度和硬度有关陶瓷刀具材料的磨粒磨损受载??荷的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synergistically Toughening Effect of SiC Whiskers and Nanoparticles in Al2O3-based Composite Ceramic Cutting Tool Material[J]. LIU Xuefei,LIU Hanlian,HUANG Chuanzhen,WANG Limei,ZOU Bin,ZHAO Bin. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(05)
[2]颗粒缺陷相互作用下复合材料的细观损伤模型[J]. 付云伟,倪新华,刘协权,张龙,文波. 力学学报. 2016(06)
[3]考虑夹杂相互作用的复合陶瓷夹杂界面的断裂分析[J]. 付云伟,张龙,倪新华,刘协权,于金凤,陈诚. 力学学报. 2016(01)
[4]基于离散元法预测碳化硅陶瓷的高温力学性能[J]. 姜胜强,谭援强,张高峰,彭锐涛. 机械工程材料. 2014(01)
[5]孔隙分布不均匀性对陶瓷材料强度的影响[J]. 付云伟,张龙,倪新华,刘协权,冉超. 复合材料学报. 2014(06)
[6]含脱粘界面陶瓷颗粒增强金属基复合材料的弹性常数预报[J]. 钟国辉,倪新华,刘协权,李宝峰,赵磊,孙涛. 兵器材料科学与工程. 2010(04)
[7]用于加工Inconel718的切削刀具发展现状[J]. 李刘合,杨海健,陈五一,朱剑豪. 工具技术. 2010(05)
[8]颗粒增强脆性基体复合材料的细观强度模型[J]. 倪新华,刘协权,郑坚,戴红彬. 机械强度. 2009(03)
[9]含随机分布弧形微裂纹陶瓷复合材料的强度预报[J]. 倪新华,郑坚,康敬欣,高克林. 稀有金属材料与工程. 2007(S1)
[10]颗粒增强复合材料有效弹性模量的预报[J]. 姚战军,郑坚,倪新华,邢士勇. 机械强度. 2007(01)
博士论文
[1]高速切削用陶瓷刀具多尺度设计理论与切削可靠性研究[D]. 殷增斌.山东大学 2014
[2]复合材料的氧化损伤及高温力学性能研究[D]. 丁学忠.哈尔滨工程大学 2011
[3]镍基高温合金高速切削刀具磨损机理研究[D]. 肖茂华.南京航空航天大学 2010
[4]Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料的研制及切削性能研究[D]. 周咏辉.山东大学 2009
[5]ZrB2-SiC基超高温陶瓷复合材料失效机制的表征与评价[D]. 王超.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]PCBN刀具断续切削性能的试验研究[D]. 李玉标.大连理工大学 2009
本文编号：3509767
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：165 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１不同工件材料大致的高速切削速度范围Ｐ］??°
〇＾［６００，９００］?（ＭＰａ）；?裂纹缓慢扩展指数《取值恒定应力％取??值５５０ＭＰａ。图２－２是采用ＭＡＴＬＡＢ软件作图，获得的陶瓷刀具破损寿命随抗弯强??度和断裂韧度的变化情况。??６?＇，?－９００?ＭＰａ?Ａ?丨?６」匕”：??１?＾?＿９＿００＿??Ｖ，?（ＭＰａ）??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图２－２陶瓷刀具破损寿命随抗弯强度和断裂韧度的变化情况??从图２－２?（ａ）中可以看出，对于给定应力ｔｒａ?＝?５５０ＭＰａ，当刀具材料的抗弯强度??为６００?ＭＰａ，即与给定应力接近时，随着刀具材料断裂韧度的增加，刀具的破损寿??１３??
Ｔｆ＝?－?ｌｃ?，?．?（２－１１）??ｆ?（ｎ－２）ＡＷＷａ??结合图２－２?（ｃ），当陶瓷刀具材料的断裂韧度ＣＳＴＩＣ＝４ＭＰａ＿ｍ１／２）?—定时，随着??抗弯强度的提高，即比例因子Ｆ的增加，刀具的破损寿命提高；且随着刀具材料断??裂初度的提高ＣＫｉｃ＝ｌ〇ＭＰａＴｎ１／２），刀具的破损寿命受抗弯强度的影响越显著。??总之，与断裂韧度相比，陶瓷刀具材料抗弯强度对破损寿命的影响更加显著。??在一定恒定应力下，当陶瓷刀具材料的抗弯强度与恒定应力的比例接近时，提高刀??具材料的断裂軔度并不能明显提高陶瓷刀具的破损寿命。因此，为了提高陶瓷刀具??的破损寿命，应首先提高刀具材料的抗弯强度，即比例因子ｈ然后，通过提高材料??的断裂韧度来进一步提高陶瓷刀具材料的破损寿命。??２．２陶瓷刀具磨损寿命与刀具材料性能的关系??２．２．１陶ｆｔ刀具切削离溫合金时的后刀面磨损分析??２．２．１．１陶瓷刀具切削髙温合金时的磨粒磨损分析??许多学者对陶瓷刀具材料摩擦过程中的磨损机制进行了研宄，研究发现，磨粒??磨损机制和陶瓷刀具材料的断裂韧度和硬度有关陶瓷刀具材料的磨粒磨损受载??荷的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synergistically Toughening Effect of SiC Whiskers and Nanoparticles in Al2O3-based Composite Ceramic Cutting Tool Material[J]. LIU Xuefei,LIU Hanlian,HUANG Chuanzhen,WANG Limei,ZOU Bin,ZHAO Bin. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(05)
[2]颗粒缺陷相互作用下复合材料的细观损伤模型[J]. 付云伟,倪新华,刘协权,张龙,文波. 力学学报. 2016(06)
[3]考虑夹杂相互作用的复合陶瓷夹杂界面的断裂分析[J]. 付云伟,张龙,倪新华,刘协权,于金凤,陈诚. 力学学报. 2016(01)
[4]基于离散元法预测碳化硅陶瓷的高温力学性能[J]. 姜胜强,谭援强,张高峰,彭锐涛. 机械工程材料. 2014(01)
[5]孔隙分布不均匀性对陶瓷材料强度的影响[J]. 付云伟,张龙,倪新华,刘协权,冉超. 复合材料学报. 2014(06)
[6]含脱粘界面陶瓷颗粒增强金属基复合材料的弹性常数预报[J]. 钟国辉,倪新华,刘协权,李宝峰,赵磊,孙涛. 兵器材料科学与工程. 2010(04)
[7]用于加工Inconel718的切削刀具发展现状[J]. 李刘合,杨海健,陈五一,朱剑豪. 工具技术. 2010(05)
[8]颗粒增强脆性基体复合材料的细观强度模型[J]. 倪新华,刘协权,郑坚,戴红彬. 机械强度. 2009(03)
[9]含随机分布弧形微裂纹陶瓷复合材料的强度预报[J]. 倪新华,郑坚,康敬欣,高克林. 稀有金属材料与工程. 2007(S1)
[10]颗粒增强复合材料有效弹性模量的预报[J]. 姚战军,郑坚,倪新华,邢士勇. 机械强度. 2007(01)
博士论文
[1]高速切削用陶瓷刀具多尺度设计理论与切削可靠性研究[D]. 殷增斌.山东大学 2014
[2]复合材料的氧化损伤及高温力学性能研究[D]. 丁学忠.哈尔滨工程大学 2011
[3]镍基高温合金高速切削刀具磨损机理研究[D]. 肖茂华.南京航空航天大学 2010
[4]Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料的研制及切削性能研究[D]. 周咏辉.山东大学 2009
[5]ZrB2-SiC基超高温陶瓷复合材料失效机制的表征与评价[D]. 王超.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]PCBN刀具断续切削性能的试验研究[D]. 李玉标.大连理工大学 2009
本文编号：3509767
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